دوچرخه سواری حرارتی چگونه منجر به خرابی مؤلفه می شود؟

دوچرخه سواری حرارتی یک پدیده رایج در بسیاری از سیستم های الکترونیکی و مکانیکی است و می تواند تأثیر قابل توجهی در قابلیت اطمینان و طول عمر اجزای آن داشته باشد. من به عنوان یک تأمین کننده تجزیه و تحلیل عدم موفقیت مؤلفه ، دست اول را دیدم که چگونه دوچرخه سواری حرارتی می تواند به اشکال مختلف خرابی مؤلفه منجر شود. در این وبلاگ ، من به مکانیسم های این شکست ها شیرجه می شوم و برخی از بینش ها را در مورد نحوه تشخیص و جلوگیری از آنها به اشتراک می گذارم.

دوچرخه سواری حرارتی چیست؟

دوچرخه سواری حرارتی به گرمایش و سرمایش مکرر یک جزء یا سیستم اشاره دارد. این می تواند به دلیل عملکرد طبیعی ، تغییرات محیطی یا برق چرخه ای روشن و خاموش رخ دهد. به عنوان مثال ، در یک سیستم روشنایی LED ، LED ها هنگام خاموش شدن و خنک شدن هنگام خاموش شدن ، گرم می شوند. با گذشت زمان ، این نوسانات دما می تواند باعث ایجاد استرس بر روی مؤلفه ها شود و منجر به خرابی احتمالی شود.

دوچرخه سواری حرارتی چگونه باعث خرابی مؤلفه می شود

گسترش و انقباض مادی

یکی از روشهای اصلی دوچرخه سواری حرارتی منجر به خرابی مؤلفه می شود از طریق گسترش و انقباض مواد. مواد مختلف دارای ضرایب مختلف انبساط حرارتی (CTE) هستند. هنگامی که یک جزء گرم می شود ، مواد گسترش می یابند و وقتی خنک می شود ، آنها منقبض می شوند. اگر CTE از مواد مختلف در یک مؤلفه ناسازگار باشد ، این می تواند فشارهای داخلی را در رابط های بین مواد ایجاد کند.

به عنوان مثال ، در یک صفحه مدار چاپی (PCB) ، ردپای مس و بستر اپوکسی دارای CTE های مختلفی هستند. در طول دوچرخه سواری حرارتی ، آثار مس بیش از بستر اپوکسی گسترش یافته و منقبض می شوند. این می تواند باعث شود که اثری از لایه ها به مرور زمان از بستر استفاده شود و منجر به مدارهای باز یا اتصالات متناوب شود.

ترک خوردگی

دوچرخه سواری حرارتی همچنین می تواند باعث ترک خوردگی در اجزای سازنده شود. ترک خوردگی خستگی هنگامی اتفاق می افتد که یک ماده در چرخه استرس مکرر قرار می گیرد. هر چرخه گرمایش و خنک کننده مقدار کمی آسیب به مواد اضافه می کند. با گذشت زمان ، این خسارت های کوچک جمع می شوند و ترک ها شکل می گیرند.

در دستگاه های نیمه هادی ، مانند IGBTS (ترانزیستورهای دو قطبی دروازه عایق) ، دوچرخه سواری حرارتی می تواند باعث ترک خوردگی خستگی در اتصالات لحیم کاری شود که دستگاه را به PCB وصل می کنند. این ترک ها با گذشت زمان می توانند رشد کنند و در نهایت منجر به خرابی های الکتریکی شوند. می توانید در موردآزمایش IGBT و نیمه هادیدر وب سایت ما برای تشخیص چنین مواردی.

تشکیل ترکیب بین فلزی

مکانیسم دیگری که دوچرخه سواری حرارتی می تواند منجر به خرابی مؤلفه شود ، از طریق تشکیل ترکیبات بین فلزی (IMC) است. IMC ها هنگامی شکل می گیرند که دو یا چند فلز در رابط با یکدیگر واکنش نشان دهند. در طول دوچرخه سواری حرارتی ، افزایش دما می تواند شکل گیری IMC را تسریع کند.

به عنوان مثال ، در اتصالات لحیم کاری ، لحیم کاری و لنت های فلزی روی PCB می توانند برای ایجاد IMC واکنش نشان دهند. این IMC ها اغلب شکننده هستند و می توانند مقاومت مکانیکی مفصل لحیم را کاهش دهند. از آنجا که لایه IMC با دوچرخه سواری حرارتی مکرر ضخیم تر می شود ، مفصل لحیم کاری بیشتر مستعد خرابی می شود.

جذب رطوبت و دفع

دوچرخه سواری حرارتی همچنین می تواند باعث جذب رطوبت و دفع در قطعات شود. هنگامی که یک مؤلفه گرم می شود ، رطوبت داخل آن تبخیر می شود و وقتی خنک می شود ، رطوبت می تواند متراکم شود. این چرخه مکرر جذب رطوبت و دفع می تواند باعث تورم و کوچک شدن مواد مؤلفه شود.

در دستگاه های نیمه هادی منتقل شده پلاستیک ، رطوبت می تواند به محفظه پلاستیکی نفوذ کرده و به قالب برسد. در طول دوچرخه سواری حرارتی ، رطوبت می تواند باعث لایه لایه شدن پلاستیک از قالب شود و منجر به خرابی الکتریکی شود.

تشخیص خرابی های مؤلفه ناشی از دوچرخه سواری حرارتی

به عنوان یک تأمین کننده تجزیه و تحلیل عدم موفقیت مؤلفه ، ما از تکنیک های مختلفی برای تشخیص خرابی های ناشی از دوچرخه سواری حرارتی استفاده می کنیم. یکی از متداول ترین تکنیک ها این استآزمایش NDT اشعه ایکسبشر آزمایش اشعه ایکس به ما امکان می دهد بدون از بین بردن آن در داخل مؤلفه ببینیم. ما می توانیم ترک ها ، لایه برداری ها و سایر نقایص داخلی را که ممکن است در اثر دوچرخه سواری حرارتی ایجاد شود ، تشخیص دهیم.

روش دیگری که ما استفاده می کنیم میکروسکوپ است. میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) می تواند برای بررسی سطح مؤلفه و شناسایی علائم ترک خوردگی خستگی ، تشکیل IMC و سایر آسیب ها استفاده شود.

ما همچنین آزمایش الکتریکی را برای اندازه گیری خواص الکتریکی مؤلفه انجام می دهیم. این می تواند به ما در تشخیص مدارهای باز ، مدارهای کوتاه و سایر خرابی های الکتریکی که ممکن است در اثر دوچرخه سواری حرارتی ایجاد شود ، کمک کند.

جلوگیری از خرابی مؤلفه ناشی از دوچرخه سواری حرارتی

روش های مختلفی برای جلوگیری از خرابی مؤلفه های ناشی از دوچرخه سواری حرارتی وجود دارد. یک رویکرد انتخاب موادی با CTE های مشابه است. با استفاده از موادی با CTE های مشابه ، می توانیم تنش های داخلی ایجاد شده در طول دوچرخه سواری را کاهش دهیم.

رویکرد دیگر استفاده از تکنیک های مدیریت حرارتی برای کاهش نوسانات دما در مؤلفه است. این می تواند شامل استفاده از سینک های گرما ، فن ها یا سایر دستگاه های خنک کننده برای از بین بردن موثرتر گرما باشد.

علاوه بر این ، فرآیندهای طراحی و ساخت مناسب همچنین می تواند به جلوگیری از خرابی مؤلفه های ناشی از دوچرخه سواری حرارتی کمک کند. به عنوان مثال ، استفاده از تکنیک های مناسب لحیم کاری می تواند اتصالات لحیم کاری قوی و قابل اعتماد را که کمتر مستعد ترک خستگی هستند ، تضمین کند.

پایان

دوچرخه سواری حرارتی یکی از دلایل شایع خرابی مؤلفه در بسیاری از سیستم های الکترونیکی و مکانیکی است. ما به عنوان یک تأمین کننده تجزیه و تحلیل عدم موفقیت مؤلفه ، مکانیسم های موجود در این خرابی ها را درک می کنیم و تخصص و ابزاری برای شناسایی و جلوگیری از آنها داریم. آیا شما با آن سر و کار داریدتجزیه و تحلیل شکست LEDیا آزمایش IGBT و نیمه هادی ، ما می توانیم به شما در شناسایی علت اصلی عدم موفقیت کمک کنیم و راه حل هایی را برای جلوگیری از وقوع دوباره آن ارائه دهیم.

اگر در حال خرابی مؤلفه هستید و گمان می کنید که دوچرخه سواری حرارتی ممکن است علت باشد ، از تماس با ما دریغ نکنید. ما در اینجا هستیم تا در مورد نیازهای تجزیه و تحلیل عدم موفقیت مؤلفه خود به شما کمک کنیم و از قابلیت اطمینان و عملکرد محصولات خود اطمینان حاصل کنیم.

منابع

• "تجزیه و تحلیل عدم موفقیت اجزای الکترونیکی" توسط جان A. بنتلی
• "مدیریت حرارتی در سیستم های الکترونیکی" توسط Avram Bar-Cohen و Ali Bordehaki
• "کتابچه راهنمای بسته بندی میکروالکترونیک" توسط Rao R. Tummala